微机原理与接口课设Word文档格式.docx
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(1)选用合适的芯片,和其他硬件。
(2)自行设计电路并使用汇编语言编写程序完成键控音乐播放器功能。
(3)该播放器有若干首歌曲可以选择,开始时输出说明,要用户选择要播放的歌曲,然后根据用户按键进行播放、退出或出错提示。
(4)利用8253作为音阶频率发生器,对一段音乐进行编码后存入音符表,程序中可调用音符表自动播放音乐,从中了解音乐播放的原理。
(5)利用8253A和PC机,设计并实现简易音乐播放器
(6)使用汇编语言编写音乐播放程序。
(7)完成实验报告。
二、课程设计相关知识
2.1定时/计数器8253A
在微机及控制系统中,经常要用到定时信号。
如系统的日历时钟,动态存储器刷新。
对外部执行机构控制时也需要定时中断、定时检测、定时查询等。
定时的方法主要是两种:
软件定时:
利用指令的执行时间设计循环程序,使CPU执行延迟子程序的时间就是定时时间。
缺点:
执行延迟时,CPU一直被占用,降低了CPU的效率。
硬件定时:
用计数器/定时器作为主要硬件,在软件简单指令的控制下产生精确的时间
延迟。
突出优点为计数时不占用CPU时间,如利用定时器/计数器产生中断信号,可建立多作业环境,提高了CPU效率。
主要功能:
(1)每片上有3个独立的16位的减计数器通道。
(2)对于每个计数器,都可以单独作为定时器或计数器使用,并且都可以按照二进制或十进制来计数。
(3)每个通道都有6种工作方式,都可以通过程序设置或改变。
(4)每个计数器的速率可高达2MHz。
最高的计数时钟频率为2.6MHz。
2.28253A内部结构
8253的内部结构如图所示,它主要包括以下几个主要部分:
图2-18253的内部结构
(1).数据总线缓冲器
实现8253与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器,用以传送CPU向8253的控制信息、数据信息以及CPU从8253读取的状态信息,包括某时刻的实时计数值。
(2).读/写控制逻辑
控制8253的片选及对内部相关寄存器的读/写操作,它接收CPU发来的地址信号以实现片选、内部通道选择以及对读/写操作进行控制。
(3).控制字寄存器
在8253的初始化编程时,由CPU写入控制字,以决定通道的工作方式,此寄存器只能写入,不能读出。
(4).计数通道0#、1#、2#:
这是三个独立的,结构相同的计数器/定时器通道,每一个通道包含一个16位的计数寄存器,用以存放计数初始值,一个16位的减法计数器和一个16位的锁存器,锁存器在计数器工作的过程中,跟随计数值的变化,在接收到CPU发来的读计数值命令时,用以锁存计数值,供CPU读取,读取完毕之后,输出锁存器又跟随减1计数器变化。
2.38253A外部引脚
8253芯片是具有24个引脚的双列直插式集成电路芯片,其引脚分布如图所示。
8253芯片的24个引脚分为两组,一组面向CPU,另一组面向外部设备,各个引脚及其所传送信号的情况,介绍如下:
(1).D7~D0:
双向、三态数据线引脚,与系统的数据线连接,传送控制、数据及状态信息。
(2).:
来自于CPU的读控制信号输入引脚,低电平有效。
(3).:
来自于CPU的写控制信号输入引脚,低电平有效。
(4).:
芯片选择信号输入引脚,低电平有效。
图2-28253的引脚
(5).A1、A0:
地址信号输入引脚,用以选择8253芯片的通道及控制字寄存器。
(6).VCC及GND:
+5V电源及接地引脚
(7).CLKi:
i=0,1,2,第i个通道的计数脉冲输入引脚,8253规定,加在CLK引脚的输入时钟信号的频率不得高于2.6MHZ,即时钟周期不能小于380ns。
(8).GATEi:
i=0,1,2,第i个通道的门控信号输入引脚,门控信号的作用与通道的工作方式有关。
(9).OUTi:
i=0,1,2,第i个通道的定时/计数到信号输出引脚,输出信号的形式由通道的工作方式确定,此输出信号可用于触发其它电路工作,或作为向CPU发出的中断请求信号。
2.4计数器内部结构
每个计数器由一个16位可预置的减1计数器组成,计数初值可保存在16位的锁存器中,该锁存器只写不能读。
在计数器工作时,初值不受影响,以便进行重复计数。
图中每个计数器有一个时钟输入端CLK作为计数脉冲源,计数方式可以是二进制,计数范围1~10000H,也可以是十进制,计数范围1~65536。
门控端GATE用于控制计数开始和停止。
输出OUT端当计数器计数值减到零时,该端输出标志信号。
图2-3计数器内部结构
2.58253A端口地址
图2-48253A端口地址
2.68253A功能
8253A既可作定时器又可作计数器:
(1)计数:
计数器装入初值后,当GATE为高电平时,可用外部事件作为CLK脉冲对计数值进行减1计数,每来一个脉冲减1,当计数值减至0时,由OUT端输出一个标志信号。
(2)定时:
计数器装入初值后,当GATE为高电平时,由CLK脉冲触发开始自动计数,当计数到零时,发计数结束定时信号。
除上述典型应用外,8253A还可作频率发生器、分频器、实时钟、单脉冲发生器等。
2.78253A控制字
图2-58253A控制字
说明:
(1)8253A每个通道对输入CLK按二进制或二十进制从预置值开始减1计数,减到0时从OUT输出一个信号。
(2)8253A编程时先写控制字,再写时间常数。
2.88253A工作方式
(1)方式0:
计数结束产生中断方式
当写入控制字后,OUT变为低电平,当写入初值后立即开始计数,当计数结束时,变成高电平。
(2)方式1:
可编程单次脉冲方式
当初值装入后且GATE由低变高时,OUT变为低电平,计数结束变为高电平。
(3)方式2:
频率发生器方式
当初值装入时,OUT变为高;
计数结束,OUT变为低。
该方式下如果计数未结束,但GATE为低时,立即停止计数,强制OUT变高,当GATE再变高时,便启动一次新的计数周期。
(4)方式3:
方波发生器
当装入初值后,在GATE上升沿启动计数,OUT输出高电平;
当计数完成一半时,OUT输出低电平。
图2-6方波图
方式3与方式2的工作方式类似,也是在初始化完成后能重复循环计数,只是输出的波形不同。
<
1>
计数过程
当把方式3的控制字写入控制字寄存器后,输出端OUT变成高电平,作为初始电平。
再将计数初值写入计数初值寄存器CR中,再经过一个时钟周期,计数初值被移入计数执行单元CE中,从下一个时钟脉冲开始作减1计数,方式3的计数过程分为两种情况:
第一种情况:
计数初值为偶数,当作减1计数减到N/2时,输出端OUT端变成低电平,减到0时,输出端OUT变成高电平,并重新从初值开始新的计数过程。
若GATE为高电平,则一直重复同样的计数过程。
可见,输出端OUT输出连续的方波,故称方波发生器。
第二种情况:
计数初值为奇数,当作减1计数减到(N+1)/2以后,输出端OUT变成低电平,减到0时,输出端OUT又变成高电平。
并重新从初值开始新的计数过程。
这时输出端的波形为连续的近似方波。
2>
门控信号的影响
工作在方式3时,门控信号GATE的功能与工作方式2一样,即GATE为高电平时,允许计数;
GATE为低电平时停止计数。
GATE引脚上的信号从低电平跳到高电平时,将会重新把计数初值寄存器CR中的内容移入计数执行单元CE中,并以新装入的值重新开始计数。
3>
新的计数初值对计数过程的影响
如果在计数过程中写入新的初值,而GATE信号一直维持高电平,则新的初值不会影响当前的计数过程,只有在计数结束后的下一个计数周期,才按新的初值计数。
若写入新的初值后,遇到门控信号的上升沿,则结束现行的计数过程,从下一个时钟脉冲下降沿开始按新的计数初值进行计数。
可见,工作在方式3时,当计数初值为偶数,OUT端输出连续的标准方波;
当计数初值为奇数,在每个计数周期内,有(N+1)/2个周期输出高电平,(N-1)/2个时钟周期输出低电平,OUT端输出连续的近似的方波。
三、总体设计方案
3.1总体设计方案一
所有音乐都是由各个不同频率的音阶和其延续时间的长短来实现的。
不同的音乐是由各个音阶按某种排列各自播放一定时间形成的,将各音乐音阶和其延续时间存在数据段中,然后根据不同按键值选择不同的音阶和时间表,再使用计数器产生该音阶频率。
而我们学过的有计数器可以产生各种频率,所以我主要采用计数器8253产生各音符,用8255并行接口来控制扬声器的开关,达到播放音乐的功能。
设计用到相关硬件:
(本课程设计主要在个人PC机上WindowsXP系统实现)
1.定时/计数器8253A
2.个人PC机扬声器和喇叭驱动模块
硬件连接:
1.定时/计数器8253A芯片模块的CLK2接时钟频率,分频器的频率源为5000HZ。
2.定时/计数器8253A芯片模块的GATE2接+5V,提供高电平。
3.定时/计数器8253A芯片模块的OUT2接喇叭驱动驱动模块的SIN端口。
图3-1硬件连接框架图
图3-2扬声器电路
3.2总体设计方案二
可以使用0832(数模转换器)来产生频率,原理图:
图3-3数模转换器原理图
提出这个方案是因为我想产生模拟信号,来驱动扬声器,这样产生的声音更加圆润感觉更连续,效果更好点。
我想把一个周期的波形分成32份,然后每份给8253一个值让他转换成模拟信号,不同的频率可以用8253计数器控制,比如要产生261Hz的频率,使用1MHz的话,周期就为1/261=3.83ms,分成32份,每份间隔时间就是3.83ms/32=0.12ms,换句话说就是送计数器0的初值为1M/261/32=120次。
3.3各个音符的对应频率表:
音符
频率/HZ半周期/us
音符
频率/HZ
半周期/us
低1DO
262
1908
#4FA#
740
0676
#1DO#
277
1805
中5SO
784
0638
低2RE
294
1700
#5SO#
831
0602
#2RE#
311
1608
中6LA
880
0568
低3M
330
1516
#6LA#
932
0536
低4FA
349
1433
中7SI
988
0506
370
1350
高1DO
1046
0478
低5SO
392
1
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